Linux进程通信 | 管道与FIFO

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所属分类:linux技术
摘要

Linux进程间通信通常使用的方式有很多种,其中比较常用的包括管道(pipe)和 FIFO(命名管道)。本文将介绍这两种通信方式的基本概念,并用C语言编写示例代码,来说明如何在两个进程之间使用这些IPC机制进行通信。

Linux进程间通信通常使用的方式有很多种,其中比较常用的包括管道(pipe)和 FIFO(命名管道)。本文将介绍这两种通信方式的基本概念,并用C语言编写示例代码,来说明如何在两个进程之间使用这些IPC机制进行通信。

管道(pipe)

管道是一种半双工的通信方式,用于父进程和子进程之间的通信。在 Linux 中,管道是一种特殊的文件,有两个端点,一个读端和一个写端。管道的基本操作包括创建管道、关闭文件描述符、读取数据和写入数据等。

创建管道

在 Linux 中,我们可以使用 pipe() 系统调用来创建管道。pipe() 函数的原型如下:

#include <unistd.h> int pipe(int pipefd[2]); 

其中,pipefd 是一个数组,用于存储管道的读端和写端的文件描述符。pipe() 函数成功时返回 0,失败时返回 -1。

下面是一个创建管道的示例代码:

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h>  int main() {     int pipefd[2];          // 创建管道     if (pipe(pipefd) == -1) {         perror("pipe");         exit(EXIT_FAILURE);     }          printf("读端文件描述符:%dn", pipefd[0]);     printf("写端文件描述符:%dn", pipefd[1]);          exit(EXIT_SUCCESS); }  
  • 编译并运行,打印如下
读端文件描述符:3 写端文件描述符:4 

管道的读写

在使用管道进行通信时,父进程和子进程可以通过管道进行数据的读取和写入。在 C 语言中,我们可以使用 read()函数和 write() 函数来读取和写入数据。read() 函数用于从管道中读取数据,write() 函数用于向管道中写入数据,使用 close() 函数关闭文件描述符。在管道的使用中,我们应该在不需要的时候关闭管道的读端和写端,以避免资源浪费。

这三个函数的原型分别如下:

#include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); int close(int fd); 

下面是一个父进程向子进程写入数据并读取返回结果的示例代码:

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/wait.h>  #define BUF_SIZE 1024  int main() {     int pipefd[2];     pid_t pid;     char buf[BUF_SIZE];     int status;          // 创建管道     if (pipe(pipefd) == -1) {         perror("pipe");         exit(EXIT_FAILURE);     }          // 创建子进程     pid = fork();     if (pid == -1) {         perror("fork");         exit(EXIT_FAILURE);     }          if (pid == 0) { // 子进程                 // 从管道中读取数据         if (read(pipefd[0], buf, BUF_SIZE) == -1) {             perror("read");             exit(EXIT_FAILURE);         }                  printf("子进程收到消息:%sn", buf);                  // 发送消息给父进程         const char* message = "Hello, parent!";         if (write(pipefd[1], message, strlen(message) + 1) == -1) {             perror("write");             exit(EXIT_FAILURE);         }         close(pipefd[1]); // 关闭写端         exit(EXIT_SUCCESS);     } else { // 父进程          // 发送消息给子进程         const char* message = "Hello, child!";         if (write(pipefd[1], message, strlen(message) + 1) == -1) {             perror("write");             exit(EXIT_FAILURE);         }                  // 等待子进程退出         wait(&status);         if (WIFEXITED(status)) {             printf("子进程退出,返回值:%dn", WEXITSTATUS(status));         }                  // 从管道中读取数据         if (read(pipefd[0], buf, BUF_SIZE) == -1) {             perror("read");             exit(EXIT_FAILURE);         }         printf("父进程收到消息:%sn", buf);         close(pipefd[0]); // 关闭读端                  exit(EXIT_SUCCESS);     } } 

在这个示例代码中,父进程先向子进程发送一条消息,子进程收到消息后向父进程发送一条消息,并退出。父进程在等待子进程退出后再从管道中读取子进程发送的消息。

  • 编译并运行,打印如下
子进程收到消息:Hello, child! 子进程退出,返回值:0 父进程收到消息:Hello, parent! 

FIFO(命名管道)

FIFO(命名管道)是一种文件系统对象,与管道类似,也可以用于进程间通信。FIFO 是一种特殊类型的文件,它可以在文件系统中被创建,并且进程可以通过文件描述符来读取和写入数据。

与管道不同的是,FIFO 可以被多个进程打开,并且可以在文件系统中以路径的形式存在,因此不像管道那样只能在具有亲缘关系的进程之间使用。任何进程只要有相应的权限就可以打开 FIFO 并进行通信。

FIFO 的创建和使用

FIFO 的创建和使用也比较简单。首先需要使用 mkfifo() 函数创建 FIFO 文件,其原型如下

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h>  int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode); 

其中,pathname 是 FIFO 文件的路径名,mode 是文件的权限。

创建 FIFO 文件后,就可以像使用普通文件一样打开它,并使用 read() 和 write() 函数进行数据的读写。

下面是一个使用 FIFO 进行进程间通信的示例代码:

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h>  #define FIFO_PATH "/tmp/myfifo" #define BUF_SIZE 1024  int main() {     int fd;     char buf[BUF_SIZE];          // 创建 FIFO 文件     if (mkfifo(FIFO_PATH, 0666) == -1) {         perror("mkfifo");         exit(EXIT_FAILURE);     }          // 打开 FIFO 文件     fd = open(FIFO_PATH, O_RDWR);     if (fd == -1) {         perror("open");         exit(EXIT_FAILURE);     }          // 向 FIFO 中写入数据     const char* message = "Hello, world!";     if (write(fd, message, strlen(message) + 1) == -1) {         perror("write");         exit(EXIT_FAILURE);     }          // 从 FIFO 中读取数据     if (read(fd, buf, BUF_SIZE) == -1) {         perror("read");         exit(EXIT_FAILURE);     }          printf("收到消息:%sn", buf);          // 关闭文件描述符并删除 FIFO 文件     close(fd);     if (unlink(FIFO_PATH) == -1) {         perror("unlink");         exit(EXIT_FAILURE);     }          exit(EXIT_SUCCESS); } 

在这个示例代码中,程序先创建了一个 FIFO 文件 /tmp/myfifo,然后打开该文件并向其中写入一条消息。接下来从 FIFO 文件中读取数据,并将其打印出来。最后关闭文件描述符并删除 FIFO 文件。

  • 编译并运行,打印如下
收到消息:Hello, world! 

小结

Linux 中管道和 FIFO 是进程间通信的重要方式。管道只能用于亲缘关系的进程间通信,而 FIFO 可以被多个进程打开,不受进程之间关系的限制。无论是管道还是 FIFO,它们的使用方式都与普通文件类似,需要使用文件描述符和 read()、write() 函数来进行数据的读写。

在使用管道和 FIFO 进行进程间通信时,需要注意以下几点:

  1. 管道和 FIFO 只能用于同一主机上的进程间通信,不能用于跨主机通信。
  2. 管道和 FIFO 的读写操作是阻塞的,这意味着当一个进程尝试从一个空管道或 FIFO 中读取数据时,它会被阻塞,直到有数据可用为止。同样,当一个进程尝试将数据写入一个满的管道或 FIFO 时,它也会被阻塞,直到有空闲空间为止。
  3. 在使用管道和 FIFO 进行进程间通信时,需要注意文件描述符的关闭顺序。
  4. 管道和 FIFO 只能传输字节流,不能传输其他类型的数据,如结构体或指针。
  5. 如果使用管道或 FIFO 进行进程间通信时,数据量较大,需要进行分段传输,否则可能会导致阻塞或缓冲区溢出等问题。
  6. 管道和 FIFO 都是单向的,如果需要双向通信,则需要建立两个管道或 FIFO。

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